KR100775336B1

KR100775336B1 - 턴디시 용강의 와류 억제장치

Info

Publication number: KR100775336B1
Application number: KR1020060133061A
Authority: KR
Inventors: 김수동
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2007-11-08

Abstract

본 발명은 턴디시 용강의 와류 억제장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연속주조 공정 말기에 턴디시 내의 용강에서 발생되는 와류작용이 최대한 억제되도록 하여 용강의 상층부에 부상해 있는 슬래그가 하부의 침지노즐을 통해 출강되어 주형으로 유입되는 것이 방지되도록 한 턴디시 용강의 와류 억제장치에 관한 것이다.

상기한 본 발명은, 외주면에 다수개의 제1날개(31)가 이격 배치되며, 상기 용강(2) 상부에 뜨도록 구비된 제1홀더(30); 및

상기 제1홀더(30)의 하방에 연결부(50)를 매개로 연결되며, 외주면에 다수개의 제2날개(41)가 이격 배치되면서 상기 용강(2) 속에 잠기게 되는 제2홀더(40);를 포함하여 구성된다.

연속주조, 턴디시, 용강, 슬래그, 주형, 와류

Description

턴디시 용강의 와류 억제장치{Apparatus for Preventing Vortex of Molten Steel in Tundish}

도1은 통상적인 연속주조 공정을 도시한 개략도,

도2는 연속주조 공정의 말기에서 와류현상이 발생되는 현상을 나타낸 참고도,

도3은 연속주조공정의 말기에 용강의 와류를 억제하기 위한 종래의 장치가 턴디시에 투입된 상태를 보인 개략도,

도4a 및 도4b는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예를 보인 사시도,

도5는 본 발명의 측면 개략도,

도6은 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 측면 개략도,

도7은 본 발명의 평면 개략도,

도8 및 도9는 본 발명의 작용 상태를 설명하기 위한 작용상태도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 래들 2 : 용강

3 : 롱노즐 4 : 턴디시

5 : 침지노즐 6 : 주형

7 : 주편 10 : 슬래그

30 : 제1홀더 31 : 제1날개

32 : 부레부 40 : 제2홀더

41 : 제2날개 42 : 노즐마개부

50 : 연결부

일반적으로, 연속주조 공정은 산업에 활용되는 소재를 만들기 위한 모재인 1차 소재를 생산하는 공정으로 양질의 주편을 생산하기 위하여 여러 하부공정을 포함하고 있다.

도1은 통상적인 연속주조 공정을 도시한 개략도이고, 도2는 연속주조 공정의 말기에서 와류현상이 발생되는 현상을 나타낸 참고도이며, 도3은 연속주조공정의 말기에 용강의 와류를 억제하기 위한 종래의 장치가 턴디시에 투입된 상태를 보인 개략도이다.

연속주조 공정은 도1에 도시된 바와 같이, 용강(2)을 수용하는 래들(1) 바닥 면의 출강구에 상기 용강이 출강되기 위한 롱노즐(3)이 구비되고, 상기 출강구는 폐쇄되어 있다가 미도시된 실린더를 가압하면 열려서 용강이 상기 롱노즐(3)을 통해 하부의 턴디시(4)로 유입된다.

상기 턴디시(4)는 일정시간 동안 용강을 수용하다가 하부에 마련된 침지노즐(5)을 통하여 용강을 주형(6)으로 배출하게 되는데, 상기 주형(6)에서 몇 차례의 냉각공정을 거쳐 소정 형상의 주편(7)이 인발됨으로써 연속주조 작업이 진행된다.

주조 작업시 상기 래들(1)에 수용된 용강(2)이 턴디시(4) 내로 유입 완료되면 상기 래들(1)의 출강구를 닫고 상기 롱노즐(3)을 래들(1)의 출강구에서 분리시킨 다음, 용강이 수용돼 있는 다른 래들과 교환한다.

계속해서, 앞의 과정과 동일하게 상기 롱노즐(3)을 다시 래들(1)의 출강구 직하방에 설치한 후 실린더(미도시)를 가압하면 출강구가 열리면서 용강이 롱노즐(3)을 통해 상기 턴디시(4)로 유입되는바, 상기한 과정에 의하여 턴디시(4)의 용강이 주형(6)으로 연속적으로 출강되어 연속주조 작업이 이루어진다.

여기서, 상기 래들(1)은 일정한 간격을 두고 교환이 이루어지는바, 이에 따라 상기 턴디시(4)로의 용강 공급이 일시적으로 중단되지만 주조 작업은 계속 진행이 된다.

따라서, 이론적으로 상기 턴디시(4)에 수용된 용강(2)의 양이 감소하게 되므로, 감소된 턴디시(4)의 용강의 높이를 적정 수준으로 다시 높이기 위하여 가득 채워진 용강이 수용된 래들(1)의 출강구를 개방할 때, 그 속도를 통상수준의 약 3배 정도로 빠르게 하여 빠른 시간 내에 감소된 턴디시(4)의 용강 높이를 보상하게 되 며, 턴디시(4) 내의 용강의 높이가 적정한 수준에 도달하면 다시 통상의 주입속도로 용강이 주입된다.

이때, 상기 턴디시(4)에 축조된 댐(8)과 웨어(9)는 턴디시(4) 내의 용강 흐름을 제어하여 용강의 체류시간을 증가시킴으로써 용강 중에 함유되어 있는 슬래그(10) 및 개제물이 위로 떠올라 용강과 분리되는 것을 촉진한다.

이때, 부상된 슬래그(10)는 소정두께의 층을 형성하여 용강이 공기접촉되어 재산화되는 것을 방지함과 동시에 용강의 보온과 개재물 흡수의 역할을 수행하게 된다.

그런데, 도2와 같이 연속주조 공정의 말기, 즉 하나의 래들(1)에 수용된 용강의 공급이 완료되고 다음 래들(1)의 용강이 공급되기 전 일시적으로 턴디시(4) 용강의 탕면이 낮아지는 시점에서는 하부의 침지노즐(5)에 의한 용강의 배출유동 특성에 따라 상기 침지노즐(5)의 상부로 용강와류 현상(소용돌이)이 발생되는데, 이 용강와류 현상에 의하여 용강의 상부층에 있는 슬래그(10)가 상기 침지노즐(5) 쪽으로 급하강하여 침지노즐(5)을 통해 주형 쪽으로 배출되는 문제가 발생된다.

이와 같이 턴디시(4)의 슬래그(10)가 주형에 유입되면 주편의 품질 열화가 발생하는바, 따라서 종래에는 턴디시(4)내 용강의 와류작용이 발생하지 않도록 주조 속도를 낮추어 작업을 하거나 턴디시(4)의 탕면이 낮아지면 이를 작업자 직관에 의해 감지하여 주조를 종료하곤 하였다.

이에, 종래에도 상술한 바와 같은 불편함을 해결하기 위하여 도3에 도시된 바와 같은 슬래그 커팅콘(20)이 마련된다.

상기 슬래그 커팅콘(20)은 용강의 와류가 발생될 가능성이 매우 높은 연속주조 공정의 말기에 턴디시(4) 탕내에 투입되는데, 상기 슬래그 커팅콘(20)은 도시된 바와 같이 아래가 뾰족한 역 원추형으로 마련되어 용강(2)과 슬래그(10) 사이에 떠 있다가 턴디시(4)의 용강 잔존량이 소정이하(약 30톤)로 내려가면 상기 침지노즐(5) 상부에서 발생되는 와류현상에 의해 서서히 회전되면서 와류현상을 완화시켜 슬래그가 침지노즐(5)을 통해 배출되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그러나, 상기한 종래의 장치는 용강의 와류가 발생할 초기 시점에서는 자체 관성력에 의해 와류의 형성을 다소 완화시키기는 하지만 와류가 어느 정도 진행되면 와류와 함께 회전되어 와류억제 효과가 미흡한 문제점이 있다.

또한, 슬래그 커팅콘(20)이 회전할 때 슬래그 커팅콘(20)과 슬래그(10) 층과의 접촉면에 유격이 발생되어 그 유격을 통해 와류의 영향이 상층부로 전달되어 상층부의 슬래그가 하부로 급하강되어 침지노즐(5)을 통해 주형으로 유입되는 문제가 발생된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 연속주조 공정의 말기에 턴디시 내의 용강에서 와류작용이 발생되는 것을 최대한 억제하여 용강 상부층에 있는 슬래그가 하부의 침지노즐을 통해 주형으로 유입되는 것을 방지함으로써 궁극적으로는 불순물이 첨가되지 않은 용강의 주조를 실현함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연속주조공정에서 턴디시 용강에 함유된 슬래그가 용강의 와류작용에 의해 하부의 침지노즐로 혼입되는 것을 방지하는 장치에 있어서,

외주면에 다수개의 제1날개가 이격 배치되며, 상기 용강 상부에 뜨도록 구비된 제1홀더; 및

상기 제1홀더의 하방에 연결부를 매개로 연결되며, 외주면에 다수개의 제2날개가 이격 배치되면서 상기 용강 속에 잠기게 되는 제2홀더;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1날개와 제2날개 중 적어도 어느 하나는 직선형으로 마련된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2날개는 용강 와류의 회전방향에 대하여 반대방향으로 절곡 형성되고, 상기 제1날개는 상기 제2날개와 반대방향으로 절곡 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2홀더의 직경은 상기 제1홀더의 직경보다 작게 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1날개의 끝단에는 단면적이 증대되는 확장부가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2홀더의 하부에는 아래로 뾰족한 역 방추형의 노즐마개부가 구비된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1홀더의 내부에는 용강에서 잘 뜨도록 내부에 공기가 채워진 부레부가 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

도4a 및 도4b는 본 발명의 제1실시예와 제2실시예를 보인 사시도이고, 도5는 본 발명의 측면 개략도이고, 도6은 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 측면 개략도이며, 도7은 본 발명의 평면 개략도이고, 도8 및 도9는 본 발명의 작용 상태를 설명하기 위한 작용상태도이다.

먼저, 도4a 내지 도7에서 보면 본 발명은 외주면에 다수개의 제1날개(31)가 구비된 제1홀더(30)와, 역시 외주면에 다수개의 제2날개(41)가 구비된 제2홀더(40)로 크게 이루어진다.

상기 제1홀더(30)는 턴디시(4) 내에 채워진 용강(2)의 상부에 뜰 수 있도록 구성된 것으로서, 그 옆으로는 용강(2) 상부층에 있는 슬래그(10)와 접촉된다.

상기 제1홀더(30)는 그 형상에는 크게 제한이 없으나 도4a 및 도4b에 나타낸 것과 같이 소정의 높이와 직경을 갖는 원통형으로 마련되는 것이 바람직하고, 내부에는 도5에 도시된 바와 같이 용강(2)에서 잘 뜰 수 있도록 내부에 부레부(32)가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제1홀더(30)의 외주면에는 제1홀더(30)로부터 소정길이로 연장된 다수개의 제1날개(31)가 구비되는데, 상기 제1날개(31)는 일정한 간격으로 이격되게 배치되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 제1홀더(30)의 하부에는 연결부(50)를 매개로 상기 제2홀더(40) 가 연결되는데, 상기 제2홀더(40) 또한 상기 제1홀더(30)와 마찬가지로 그 형상에 크게 제한을 받지는 않으나 상기 제1홀더(30)와 동일한 소정높이를 갖는 원통형으로 마련되는 것이 바람직하다.

이때, 상기 제2홀더(40)는 상기 제1홀더(30)의 하부에 위치하게 되므로, 턴디시(4) 내의 용강(2) 속에 잠기게 되는바, 상기 제2홀더(40)에는 별도의 부레부가 구비될 필요가 없다.

또한, 상기 제2홀더(40)는 부력의 영향을 크게 받지 않도록 상기 제1홀더(30)의 직경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2홀더(40)의 외주면에도 다수개의 제2날개(41)가 구비되는데, 상기 제2날개(41)는 일정한 간격을 가지고 이격 배치되는 것이 좋다.

상기 제1날개(31) 및 제2날개(41)는 비교적 많이 형성되는 것이 좋기는 하지만, 본 발명의 실시예에 나타낸 바와 같이 3~4개 정도가 마련되는 것이 적절하고, 그 배치간격은 360/날개의 수로 설정되는 것이 좋다.

즉, 날개가 3개라면 120도의 위상을 가지고 배치되는 것이 좋고, 날개가 4개라면 90도의 위상으로 배치되는 것이 좋다.

여기서, 상기 제1날개(31)와 제2날개(41)는 도4a에 나타낸 본 발명의 제1실시예와 같이 직선형으로 마련되어도 무방하지만, 도4b에 나타낸 제2실시예와 같이 제1날개(31)와 제2날개(41)가 소정의 곡률반경으로 절곡된 곡선형으로 마련되는 것이 바람직하다.

이와 같이 상기 제1날개(31)와 제2날개(41)가 곡선형으로 이루어질 때, 상기 제2날개(41)는 용강(2) 와류(소용돌이)의 회전방향에 대하여 반대쪽으로 절곡 형성되는 것이 저항을 많이 받을 수 있어 좋고, 상기 제1날개(31)는 상기 제2날개(41)의 절곡방향과 반대방향으로 절곡 형성되도록 하여 결국 용강(2)의 소용돌이 회전방향과 같은 방향으로 구부러지게 형성되는 것이 용강(2) 상부의 슬래그(10)에 회전력을 가해 슬래그(10)가 제1홀더(30)로부터 멀어지도록 하는데 좋다.

즉, 이와 같은 방향으로 상기 제1날개(31)와 제2날개(41)를 구성하면 턴디시(4)에서 용강(2)의 와류작용이 발생할 때 와류의 회전력이 상기 제2날개(41)에 가해지게 되는데, 상기 제2날개(41)의 저항력을 높일 수 있어 용강(2)의 와류작용이 최대한 억제될 수 있으며, 그 와류작용에 의한 용강(2)의 회전력 일부는 제2날개(41)를 통해 상기 제2홀더(40)에 전달된다.

이때, 상기 제2홀더(40)에 전달된 회전력은 제2홀더(40)와 일체로 연결된 상기 제1홀더(30)에 전달되어 제1홀더(30)를 회전시키게 되는데, 상기 제1홀더(30)가 회전됨에 따라 그 외주면에 구비된 제1날개(31)가 그 주변에 있는 용강(2) 및 슬래그를 제1홀더(30) 바깥으로 밀어서 멀리 보내게 되므로, 설령 용강(2)의 와류작용이 상기 제1홀더(30)를 회전시킬 정도로 강해도 슬래그가 제1홀더(30)로부터 멀리 보내지게 되어 와류작용의 영향권 밖에 있게 되므로 슬래그(10)는 와류작용에 의해 급하강되어 하부의 침지노즐(5)로 빨려 들어가지 않게 된다.

여기서, 상기 제1날개(31) 및 제2날개(41)의 절곡방향은 북반구와 남반구에서 소용돌이의 회전방향이 서로 달라지는 것을 고려하여 위와 같은 원리로 적절하게 그 방향을 고려하여 설정하면 된다.

한편, 상기 제1날개(31)는 보다 효율적으로 슬래그(10)를 제1홀더(30) 바깥쪽으로 밀어 낼수 있도록 그 끝단의 단면적이 증대되는 것이 바람직한데, 이를 위해 상기 제1날개(31)의 끝단에는 도6에 도시된 바와 같이 확장부(31a)가 구비된다.

그리고, 본 발명의 장치가 턴디시(4)에 투입되어 상기 제1홀더(30)는 용강(2)에 뜬 상태로, 상기 제2홀더(40)는 용강(2)속에 잠김 상태에서 상기 용강(2)이 하부의 침지노즐(5)을 통해 주형 쪽으로 계속해서 배출되다가 턴디시(4) 용강(2)의 탕면이 일정수준이하로 낮아지면 상기 턴디시(4) 바닥면의 출강구를 막아서 용강(2)이 더 이상 배출되지 않도록 해야 한다.

이를 위해, 상기 제2홀더(40)의 하부에는 아래로 뾰족한 역 방추형의 노즐마개부(42)가 구비되는 것이 바람직하다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 작용을 첨부된 도8 및 도9를 참조하여 설명한다.

먼저, 도8에 나타낸 바와 같이 턴디시(4)에 수용된 용강(2)에서 와류현상이 발생될 가능성이 높은 시점인 연속주조 공정의 말기가 되면 본 발명의 장치를 턴디시(4)의 용강(2)에 투입하면, 도8과 같이 제1홀더(30)와 제1날개(31)는 용강(2)의 상층부인 슬래그(10) 내에 위치하고 제2홀더(40)와 제2날개(41)는 용강(2) 속에 잠기게 된다.

이 상태에서는 용강(2)에 와류작용이 발생하더라도 와류의 회전력이 상기 제2날개(41)에 의해 감쇄되거나 소멸되어 와류작용이 매우 억제되며, 발생되더라도 매우 미약하게 된다.

또한, 이러한 용강(2)의 와류작용이 상기 제2날개(41)에 전달되면 상기 제2홀더(40)와 일체로 된 제1홀더(30)의 회전에 의해 상기 제1날개(31)가 회전되면서 그 주변에 있는 슬래그(10)를 제1홀더(30) 바깥으로 밀어내게 되므로, 용강(2)에서 와류작용이 발생되더라도 와류작용의 영향권 내에는 슬래그(10)가 없게 되므로 슬래그(10)가 용강(2)과 함께 하부의 침지노즐(5)로 배출되는 것이 미연에 방지된다.

한편, 도9에 나타낸 바와 같이 턴디시(4) 내의 용강(2)의 탕면이 적정 수준이하로 떨어지면 본 발명의 장치 또한 하향 이동하여 상기 제2홀더(40)의 하부에 구비된 역 방추형의 노즐마개부(42)가 상기 턴디시(4) 바닥면의 출강구(4a)를 폐쇄하게 되므로, 턴디시(4) 탕면이 매우 낮아진 경우에도 슬래그(10)가 하부의 침지노즐(5)로 배출되는 것이 방지된다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 턴디시 내에 수용된 용강만으로 주조작업이 이루어지는 연속주조 공정의 말기에서 용강의 와류작용이 발생되는 것이 최대한 억제되어 용강의 슬래그가 주형으로 출강되는 것이 예방되므로 슬래그 유입에 의한 주편의 불량률이 대폭 감소되는 특유의 효과가 있다.

Claims

연속주조공정에서 턴디시(4)내의 용강(2)에 함유된 슬래그(10)가 용강(2)의 와류작용에 의해 하부의 침지노즐(5)로 혼입되는 것을 방지하는 장치에 있어서,

외주면에 다수개의 제1날개(31)가 이격 배치되며, 상기 용강(2) 상부에 뜨도록 구비된 제1홀더(30); 및

상기 제1홀더(30)의 하방에 연결부(50)를 매개로 연결되며, 외주면에 다수개의 제2날개(41)가 이격 배치되면서 상기 용강(2) 속에 잠기게 되는 제2홀더(40);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 턴디시 용강의 와류억제장치.
제1항에 있어서, 상기 제1날개(31)와 제2날개(41) 중 적어도 어느 하나는 직선형으로 마련된 것을 특징으로 하는 턴디시 용강의 와류억제장치.
제1항에 있어서, 상기 제2날개(41)는 용강(2) 와류의 회전방향에 대하여 반대방향으로 절곡 형성되고, 상기 제1날개(31)는 상기 제2날개(41)와 반대방향으로 절곡 형성된 것을 특징으로 하는 턴디시 용강의 와류억제장치.
제3항에 있어서, 상기 제2홀더(40)의 직경은 상기 제1홀더(30)의 직경보다 작게 이루어진 것을 특징으로 하는 턴디시 용강의 와류억제장치.
제4항에 있어서, 상기 제1날개(31)의 끝단에는 단면적이 증대되는 확장부(31a)가 구비된 것을 특징으로 하는 턴디시 용강의 와류억제장치.
제1항에 있어서, 상기 제2홀더(40)의 하부에는 아래로 뾰족한 역 방추형의 노즐마개부가 구비된 것을 특징으로 하는 턴디시 용강의 와류억제장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1홀더(30)의 내부에는 용강(2)에서 잘 뜨도록 내부에 공기가 채워진 부레부(32)가 구비된 것을 특징으로 하는 턴디시 용강의 와류억제장치.